XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва

1. БАЛЛИСТИКО-НАВИГАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЛЁТА КА МКА-ФКИ (ПН1) А.В.Погодин, Д.А. Тучин Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН e-mail: snorry@laspace.ru,den@kiam1.rssi.ru XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва

2. Малый космический аппарат для фундаментальных космических исследований • МКА-ФКИ (ПН1) – первый аппарат из серии малых космических аппаратов, созданный на базе платформы «Карат». • Запущен 22 июля 2012 года с космодрома Байконур. • Научная аппаратура «Зонд-ПП» предназначена пассивного радиометрического зондирования Земли в дециметровом диапазоне. • Масса космического аппарата около 160 кг. • Международное обозначение: 2012-039E. XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 2 из 12

3. Организационная схема наземного баллистико-навигационное обеспечения МКА-ФКИ (ПН1) Центр управления полетом (ЦУП-Л) находится в НПО им. С.А. Лавочкинаиобеспечивает: - расчет справочной информации – исходных данных для планирования, - оперативное и долгосрочное планирование работ с КА, работ средств НКУ и ННК, -проведение сеансов связи, -прием с борта и расшифровку телеметрической информации служебных систем и научной аппаратуры, - анализ состояния бортовых систем, оперативное парирование нештатных ситуаций, -управление служебными системами КА и научной аппаратурой, -обеспечение линий связи с внешними абонентами, - обеспечение автоматизированного информационного обмена с внешними абонентами. Баллистический центр ИПМ (БЦ ИПМ) взаимодействует с ЦУП-Л и обеспечивает: -обработку траекторных измерений, -определение орбиты, -расчёт данных, необходимых для формирования массивов баллистической информации, передаваемой на борт, -расчёт целеуказаний для командно-измерительного пункта, -расчёт целеуказаний для станций приема научной информации. XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 3 из 12

4. Траекторные измерения • КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПУНКТ, ОАО «ОКБ МЭИ» • Медвежьи Озёра, 55°51'50.460“С.Ш.., 37°57'39.360" В.Д., высота 173 м. • Запросные измерения наклонной дальности и радиальной скорости. • Проведение сеансов в каждой зоне видимости с углом места более 5 градусов. • Требуются целеуказания для каждого сеанса, с точностью – не хуже 0,5 градуса по углу места и азимуту. • НАВИГАЦИОННАЯ АППАРАТУРА ПОТРЕБИТЕЛЯ, ОАО «МКБ «Компас» • Аппаратура установлена на борту МКА-ФКИ (ПН1) и принимает сигналы ГЛОНАСС/GPS. • Кинематические вектора положения и скорости во вращающейся гринвичской системе координат. • Сеансы проводятся согласно планам (ЦУП-Л) включения аппаратуры на борту. • ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР «Ритм», ОАО «ОКБ МЭИ» • Медвежьи Озёра, 55°51‘45.288“С.Ш.., 37°57‘20.124" В.Д., высота 173 м. • Угломерные измерения азимута и угла места. • Проведено 6 сеансов 15-17 сентября 2012 г. для калибровки КИП. • ДВУСТРОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (TLE), NORAD • На протяжении трех недель с начала пуска в TLE элементах ошибочно указывалась принадлежность измерений к конкретному КА. Этот факт ставит под сомнение возможность использования TLE в первые недели полета в случае нештатной ситуации. • Одно обновление на интервале 1-2 суток. • Данные обработки используются для дополнительного контроля. XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 4 из 12

5. Модель движения МКА-ФКИ (ПН1) Уравнения движения: • Учет влияния атмосферы Земли (ГОСТ Р 25645.166-2004) • Учет нецентральности гравитационного поля Земли (ПЗ-90-2) • Учет влияния возмущений Луны и Солнца (DE423) • Учет воздействия сил солнечной радиации XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 5 из 12

6. Обработка измерений командно-измерительного пункта • Траекторные измерения командно-измерительного пункта в Медвежьих Озёрах - основной тип измерений. • Определение орбиты в БЦ ИПМ с момента запуска МКА-ФКИ (ПН1) происходит по однопунктовой схеме. • Приведён результат определения орбиты на момент 2013/01/07 10:25:51,014 МДВ, обработано 15847 измерений наклонной дальности на интервале 7 суток. • Точность определения (1 сигма) начальных условий определяется ковариационной матрицей и составляет 51,5 м по положению и 0,073 м/с по скорости. • Дальнейшее повышение точности возможно при уточнении модели интерпретации первичных радиотехнических измерений задержек и частот, а также учёте задержек прохождения сигнала через ионосферу и тропосферу. Остаточные невязки измерений наклонной дальности на интервале 7 суток, м XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 6 из 12

7. Обработка измерений навигационной аппаратуры потребителя (НАП) Остаточные невязки измерений вектора положения, м • НАП разработана в «МКБ «Компас», которая использует сигналы ГЛОНАСС и GPS для определения положения и скорости центра масс МКА-ФКИ (ПН1) гринвичской вращающейся СК. • Алгоритмы НАП не содержат орбитальной механики движения КА и основаны на обработке одномоментных измерений. • Результаты определения пересылаются на Землю и обрабатываются в БЦ ИПМ. • Приведен пример обработки векторов НАП на интервале 3 суток с 6 по 9 декабря 2012 г. • Точность определения (1 сигма) начальных условий определяется ковариационной матрицей и составляет 11,4 м по положению и 0,012 м/с по скорости. • Необходимо обрабатывать вектора НАП, как измерения и увязывать их законами движения КА. Это подтверждается проведенными расчетами по оценке точности прогноза единичного вектора НАП на 15, 30 и 60 минут Остаточные невязки измерений вектора скорости, м/с XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 7 из 12

8. Обработка измерений фазового пеленгатора «Ритм» Остаточные невязки измерений угла места, град • Измерения фазового пеленгатора «Ритм», разработанного в «ОКБ МЭИ» привлекались на этапе калибровки КИП в Медвежьих Озёрах. • Измеряемыми величинами являются азимут и угол места. • Приведен пример обработки измерений на интервале 2 суток с 15 по 17 сентября 2012 г. • В ходе обработки сеансы 1 и 4 исключены из дальнейшей обработки как аномальные. • Точность определения (1 сигма) начальных условий определяется ковариационной матрицей и составляет 164 м по положению и 0,344 м/с по скорости. Остаточные невязки измерений азимута, град XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 8 из 12

9. Обработка двустрочных элементов TLE • Измерения двустрочных элементов TLE публикуются в сети Интернет. • Элементы содержат данные для расчета положения и скорости спутника в аналитической модели SGP-4. • Номер TLE в каталоге объектов: 38711. • Одно обновление на интервале 1-2 суток. • На протяжении трех недель с начала пуска в TLE элементах ошибочно указывалась принадлежность измерений к конкретному КА. Этот факт ставит под сомнение возможность использования TLE в первые недели полёта в случае нештатной ситуации. • В БЦ ИПМ по модели SGP-4 насчитываются кинематические вектора положения и скорости МКА-ФКИ (ПН1) с частотой 10 штук на периоде. Эти вектора обрабатываются как измерения. Происходит согласование модели. • В качестве примера приведен пример обработки восьми наборов TLE на интервале 8 суток. • Точность определения (1 сигма) начальных условий определяется ковариационной матрицей и составляет 103,7 м по положению и 0,113 м/с по скорости. • Данные обработки используются для дополнительного контроля. Остаточные невязки измерений вектора положения, м Остаточные невязки измерений вектора скорости, м/с XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 9 из 12

10. Выводы(определение орбиты МКА-ФКИ (ПН1) по данным траекторных измерений) • Баллистико-навигационное обеспечение полёта МКА-ФКИ (ПН1) функционирует в штатном режиме. Отлажено взаимодействие ЦУП-Л и БЦ ИПМ. • Определение орбиты с момента запуска осуществлялось только по измерениям КИП в Медвежьих Озёрах. Привлечение дополнительной измерительной информации осуществлялось только в целях повышения точности измерительного пункта. • Точность определения орбиты: • Необходимо обрабатывать вектора НАП, как измерения и увязывать их законами движения КА. Это подтверждается проведенными расчетами по оценке точности прогноза единичного вектора НАП. • При использовании TLE для определения орбиты КА и проведения научных экспериментов необходимо учитывать возможность недостоверности данных или их отсутствие. XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 10 из 12

11. Схема построения комплекса программ баллистико-навигационного обеспеченияМКА-ФКИ (ПН1) XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 11 из 12

12. Спасибо за внимание! Официальный сайт : www.laspace.ru/rus/zond_pp.php Сайт БЦ ИПМ : www.kiam1.rssi.ru Орбита МКА-ФКИ (ПН1): www.kiam1.rssi.ru/~den/mka.html XXXVII Чтения по космонавтике - 2013 29 января - 01 февраля Москва слайд 12 из 12